[发明专利]煅烧合成石墨烯碳量子点的方法

说明书

技术领域

 本发明涉及纳米材料技术。 

背景技术

   富勒烯（C₆₀）,自1985年被科学家发现以来，已经被成功应用于光电器件、有机光电池、生物技术等。但是，富勒烯的荧光很弱，文献报道在620-900 nm的范围内其荧光量子产率仅为10^-4。并且富勒烯溶解性差的问题也进一步限制了它在生物医药方面的应用。虽然已有相关报道以富勒烯为碳源合成石墨烯碳量子点，但是其合成过程特殊，需要昂贵的仪器，或者量子产率较低（小于1%），因此不能被广泛的应用。 

针对以上问题，通过简单方法制备可用于细胞内铁离子检测的新型石墨烯碳量子点是有很重要的意义。 

发明内容

针对现在通过富勒烯合成石墨烯碳点量子产率较低的缺点，本发明的目的是通过简单的煅烧法一步法合成可用于细胞内铁离子检测的新型石墨烯碳量子点，该方法操作简单，合成步骤仅有一步，且不需要复杂后处理。 

本发明的技术方案如下： 

    煅烧合成石墨烯碳量子点的方法，步骤如下： 

    步骤1：将富勒烯（C₆₀）与氢氧化钠（NaOH）放入玛瑙研钵中研细混匀；所述富勒烯（C₆₀）与氢氧化钠（NaOH）按质量比1:24至1:26。

  

    步骤2:将以上反应物全部转移至洁净的坩埚中，采用25 mL的坩埚，在马弗炉中煅烧；所述煅烧温度为350±15℃，煅烧时间为4±0.1小时。

步骤3：待反应完成后，取出所得固体冷却至室温，再加入超纯水溶解所得固体，然后离心，取上清液待用； 

    步骤4：用透析袋对离心所得上清液进行对水透析至pH为中性；离心速度为12000转每分钟。所述透析袋的截留分子量为1000。

    步骤5：将透析后的溶液通过冷冻干燥处理得到棕黄色粉末，即得到石墨烯碳量子点。 

所述石墨烯碳量子点呈单分散的均匀球体，粒径大小为2-3 nm，晶栅距离为0.24 nm；所述石墨烯碳量子点高度为2.5±1.5 nm，表面含有羧基和羟基，最大激发波长为290 nm，最大发射波长为400 nm，且发射波长随激发波长的红移而红移，其量子产率约为4.8%；所述石墨烯碳量子点具有良好的生物相容性，并且其荧光可以被铁离子猝灭，具有在细胞内检测铁离子的效果。 

本发明利用煅烧合成的方法，简单易得地合成了石墨烯碳量子点，并且不需要后续的修饰步骤。该碳点的粒径大约为2-3 nm，量子产率可以达到4.8 %。 

可以预测，该独特的性质可能在能量转移和细胞成像方面得到更广泛的应用。 

附图说明

    图1是透射电镜以及高分辨透射电镜对碳点的形貌进行表征，柱状图为统计图中粒子得到的粒径分布图。(A)石墨烯量子点的TEM成像，内嵌图：石墨烯量子点的HRTEM成像；(B)石墨烯量子点的粒径统计分布图。 

图2是原子力显微镜对碳点高度的表征。左图为可视图像 （AFM 成像），右图为以上图红色和绿色两条线所过之处的高度变化图。 

图3是石墨烯量子点的荧光量子产率测定图（以硫酸奎宁为标准，线性拟合碳点和硫酸奎宁的量子产率）。 

图4 石墨烯量子点的光谱特征。(a)石墨烯量子点水溶液的紫外吸收光谱  (ABS),  激发光谱(PLE) (发射波长为 400 nm)  和发射光谱(PL) (激发波长为 290 nm),  内嵌图:  石墨烯量子点水溶液分别在自然光下(左)和 365 nm 紫外灯下(右)的照片; (b)  石墨烯量子点在不同激发波长下的发射光谱,  内嵌图:  归一化处理的石墨烯量子点在不同激发波长下的发射光谱。 

图5是用 CCK-8 方法研究不同浓度的石墨烯量子点与 A549 细胞作用的细胞毒性实验,所得结果均为三次平均实验的平均值。 

图6是体外用石墨烯量子点检测Fe³⁺。(a) GQDs 与不同浓度 Fe³⁺作用后的荧光光谱图，从上到下，Fe³⁺浓度依次为：0，0.02，0.1，0.2，0.4，0.6，0.8，1，2，4，6， ，内嵌图：Fe³⁺浓度在范围时1 - I/I₀与Fe³⁺浓度的关系图；(b) 常见金属离子对GQDs荧光的影响，金属离子的浓度均为。